高中物理光學知識點經典總結

光的反射光的折射幾何光學全反射光的色散入射角等于反射角光路是可逆的光的頻率（顏色）由光源決定，與介質無關siniCsin90o空nsinv介sinC介光從一種介質進入另一種由水面上看水下光源時，視深d"d/n介質，頻率不變由水面下看水上物體時，視高d"nd條件：1.光密到光疏；2.入射角等于或大于臨界角sinc=1（C為臨界角）n①光的色散顏色n紅紫小大②①光導纖維②全反射棱鏡λ光的干涉光波動光學光的衍射光的偏振學光的本性電磁波粒子性光密三棱鏡：光線向底面偏折光疏三棱鏡：光線向頂角偏折亮條紋δ=kλlx暗條紋δ=雙縫干涉(2n1)d2薄膜干涉單縫衍射小孔衍射小球衍射光是一種橫波麥克斯韋提出光在本質上是一種電磁波光電效應無線電波X射線f小大V大小C臨E光子大小大小小大肥皂膜、空氣膜、油膜、牛頓環(huán)、光學器件增透膜、冷光燈結構示意圖，E為燈絲電源。在K、A兩電極間加上幾萬伏的直流高壓,使射線管發(fā)出X射線紅外線可見光紫外線X射線射線原子核受激發(fā)產生振蕩電路中自由原子外層電子受到激發(fā)原子內層電子受激電子周期性運動產生發(fā)產生的赫茲用實驗證明了光的電磁說的正確性V＝λf產生一切物體高溫物體主要性質熱效應化學效應電子衍射現象光波和物質波是概率波應用舉例遙感、遙控、加熱熒光、殺菌透視、金屬探傷光的波粒二象性E=hv波動性種類康普頓效應石墨中的電子對x射線的散射現象紅外線hv=Em-En紫外線原子躍遷時輻射或吸收的光子能量干涉、衍射、多普勒效應、偏振都是波的特有現象X射線EKhv－W陰極射線射到固體表面強穿透性物質波概率波光譜

德布羅意波任何運動物體都有與之對應的波長λ物質波：λ=h/p光子在空間位置出現的概率以及運動的微觀粒子在某點附近出現的概率由波動規(guī)律確定連續(xù)光譜：熾熱固液高壓氣體發(fā)光發(fā)射光譜[明線光譜]：稀薄氣體或金屬蒸氣吸收光譜：光通過物質被吸收一部分形成的

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光學知識點

光的直線傳播．光的反射一、光源

1．定義：能夠自行發(fā)光的物體．

2．特點：光源具有能量且能將其它形式的能量轉化為光能，光在介質中傳播就是能量的傳播．二、光的直線傳播

1．光在同一種均勻透明的介質中沿直線傳播，各種頻率的光在真空中傳播速度：C＝3108m/s；

各種頻率的光在介質中的傳播速度均小于在真空中的傳播速度，即v3．臨界角公式：光線從某種介質射向真空（或空氣）時的臨界角為C，則sinC=1/n=v/c四、棱鏡與光的色散1.棱鏡對光的偏折作用

一般所說的棱鏡都是用光密介質制作的。入射光線經三棱鏡兩次折射后，射出方向與入射方向相比，向底邊偏折。(若棱鏡的折射率比棱鏡外介質小則結論相反。)作圖時盡量利用對稱性(把棱鏡中的光線畫成與底邊平行)。

由于各種色光的折射率不同，因此一束白光經三棱鏡折射后發(fā)生色散現象，在光屏上形成七色光帶（稱光譜）（紅光偏折最小，紫光偏折最大。）在同一介質中，七色光與下面幾個物理量的對應關系如表所示。光學中的一個現象一串結論色散現象λ(波動性)衍射C臨干涉間γ(粒子性)E光子光電效應nv距紅小大大(明顯)容易小大小(不明顯)小難黃紫大小小(不明顯)難大小大(明顯)大易

結論：(1)折射率n、；(2)全反射的臨界角C；(3)同一介質中的傳播速率v；(4)在平行玻璃塊的側移△x(5)光的頻率γ,頻率大,粒子性明顯.；(6)光子的能量E=hγ則光子的能量越大。越容易產生光電效應現象(7)在真空中光的波長λ,波長大波動性顯著；(8)在相同的情況下，雙縫干涉條紋間距x越來越窄(9)在相同的情況下，衍射現象越來越不明顯2.全反射棱鏡橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。選擇適當的入射點，可以使入射光線經過全反射棱

oo

鏡的作用在射出后偏轉90（右圖1）或180（右圖2）。要特別注意兩種用法中光線在哪個表面發(fā)生全反射。3.玻璃磚

所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱。當光線從上表面入射，從下表面射出時，其特點是：⑴射出光線和入射光線平行；

⑵各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；

⑶射出光線的側移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關；⑷可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。4.光導纖維

全反射的一個重要應用就是用于光導纖維（簡稱光纖）。光纖有內、外兩層材料，其中內層是光密介質，外層是光疏介質。光在光纖中傳播時，每次射到內、外兩層材料的界面，都要求入射角大于臨界角，從而發(fā)生全反射。這樣使從一個端面入射的光，經過多次全反射能夠沒有損失地全部從另一個端面射出。五、各光學元件對光路的控制特征

(1)光束經平面鏡反射后，其會聚（或發(fā)散）的程度將不發(fā)生改變。這正是反射定律中“反射角等于入射角”及平面鏡的反射面是“平面”所共同決定的。

(2)光束射向三棱鏡，經前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：向著底邊偏折，若光束由復色光組成，由于不同色光偏折的程度不同，將發(fā)生所謂的色散現象。

(3)光束射向前、后表面平行的透明玻璃磚，經前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是；傳播方向不變，只產生一個側移。(4)光束射向透鏡，經前、后表面兩次折射后，其傳播光路變化的特征是：凸透鏡使光束會聚，凹透鏡使光束發(fā)散。六、各光學鏡的成像特征

物點發(fā)出的發(fā)散光束照射到鏡面上并經反射或折射后，如會聚于一點，則該點即為物點經鏡面所成的實像點；如發(fā)散，則其反向延長后的會聚點即為物點經鏡面所成的虛像點。因此，判斷某光學鏡是否能成實（虛）像，關鍵看發(fā)散光束經該光學鏡的反射或折射后是否能變?yōu)闀�聚光束（可能仍為發(fā)散光束）。

（1）平面鏡的反射不能改變物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度，所以只能在異側成等等大的、正立的虛像。（2）凹透鏡的折射只能使物點發(fā)出的發(fā)散光束的發(fā)散程度提高，所以只能在同側成縮小的、正立的虛像。

（3）凸透鏡折射既能使物點發(fā)出的發(fā)散光束仍然發(fā)散,又能使物點發(fā)出發(fā)散光束變?yōu)榫酃馐?所以它既能成虛像,又能成實像。七、幾何光學中的光路問題

幾何光學是借用“幾何”知識來研究光的傳播問題的，而光的傳播路線又是由光的基本傳播規(guī)律來確定。所以，對于幾何光學問題，只要能夠畫出光路圖，剩下的就只是“幾何問題”了。而幾何光學中的光路通常有如下兩類：（1）“成像光路”一般來說畫光路應依據光的傳播規(guī)律，但對成像光路來說，特別是對薄透鏡的成像光路來說，則是依據三條

特殊光線來完成的。這三條特殊光線通常是指：平行于主軸的光線經透鏡后必過焦點；過焦點的光線經透鏡后必平行于主軸；過光心的光線經透鏡后傳播方向不變。（2）“視場光路”即用光路來確定觀察范圍。這類光路一般要求畫出所謂的“邊緣光線”，而一般的“邊緣光線”往往又要借助

于物點與像點的一一對應關系來幫助確定。

光的波動性(光的本性)

一、光的干涉一、光的干涉現象

兩列波在相遇的疊加區(qū)域，某些區(qū)域使得“振動”加強，出現亮條紋；某些區(qū)域使得振動減弱，出現暗條紋。振動加強和振動減弱的區(qū)域相互間隔，出現明暗相間條紋的現象。這種現象叫光的干涉現象。二、產生穩(wěn)定干涉的條件：

兩列波頻率相同，振動步調一致(振動方向相同)，相差恒定。兩個振動情況總是相同的波源，即相干波源1.產生相干光源的方法（必須保證相同）。⑴利用激光(因為激光發(fā)出的是單色性極好的光)；⑵分光法(一分為二)：將一束光分為兩束頻率和振動情況完全相同的光。(這樣兩束光都來源于同一個光源,頻率必然相等)．．．．．．．下面4個圖分別是利用雙縫、利用楔形薄膜、利用空氣膜、利用平面鏡形成相干光源的示意圖點(或縫)光源分割法：楊氏雙縫(雙孔)干涉實驗；利用反射得到相干光源：薄膜干涉

a利用折射得到相干光源：

cSS1SSS/2

2．雙縫干涉的定量分析

如圖所示，縫屏間距L遠大于雙縫間距d，O點與雙縫S1和S2等間距，則當雙縫中發(fā)出光同時射到O點附近的P點時，兩束光

b

波的路程差為δ=r2－r1；由幾何關系得：r12=L2+(x－考慮到L》d和L》x，可得δ=

d2)2，r22=L2+(x+

d2)2.

dxL⑴亮紋：則當δ=±kλ(k=0,1,2,)屏上某點到雙縫的光程差等于波長的整數倍時，兩束光疊加干涉加強；⑵暗紋：當δ=±(2k－1)

.若光波長為λ，

2(k=0,1,2,)屏上某點到雙縫的光程差等于半波長的奇數倍時，兩束光疊加干涉減弱，

據此不難推算出：(1)明紋坐標x=±k

Ldλ(k=0，1，2，）(2)暗紋坐標x=±(2k－1)

Ld

2(k=1，2，）

測量光波長的方法(3)條紋間距[相鄰亮紋(暗紋)間的距離]△x=

Ldλ.(縫屏間距L，雙縫間距d)

an1用此公式可以測定單色光的波長。則出n條亮條紋(暗)條紋的距離a,相鄰兩條亮條紋間距

dLxdL(an1)

用白光作雙縫干涉實驗時,由于白光內各種色光的波長不同,干涉條紋間距不同,所以屏的中央是白色亮紋,兩邊出現彩色條紋。結論：由同一光源發(fā)出的光經兩狹縫后形成兩列光波疊加產生．

①當這兩列光波到達某點的路程差為波長的整數倍時，即δ=kλ，該處的光互相加強，出現亮條紋；②當到達某點的路程差為半波長奇數倍時，既δ=③條紋間距與單色光波長成正比．x2(2n1)，該點光互相消弱，出現暗條紋；

ld所以用單色光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是亮紋，兩邊對稱地排列明暗相同且間距相等的條紋用白光作雙縫干涉實驗時，屏的中央是白色亮紋，兩邊對稱地排列彩色條紋，離中央白色亮紋最近的是紫色亮紋。原因：不同色光產生的條紋間距不同，出現各色條紋交錯現象。所以出現彩色條紋。

將其中一條縫遮�。簩⒊霈F明暗相間的亮度不同且不等距的衍射條紋

3．薄膜干涉現象：光照到薄膜上，由薄膜前、后表面反射的兩列光波疊加而成．劈形薄膜干涉可產生平行相間條紋，

兩列反射波的路程差Δδ,等于薄膜厚度d的兩倍，即Δδ=2d。由于膜上各處厚度不同，故各處兩列反射波的路程差不等。若：Δδ=2d=nλ(n=1,2…)則出現明紋。Δδ=2d=(2n-1)λ/2(n=1,2…)則出現暗紋。

應注意：干涉條紋出現在被照射面(即前表面)。后表面是光的折射所造成的色散現象。單色光明暗相間條紋，彩色光出現彩色條紋。薄膜干涉應用：肥皂膜干涉、兩片玻璃間的空氣膜干涉、浮在水面上的油膜干涉、牛頓環(huán)、蝴蝶翅膀的顏色等。光照到薄膜上，由膜的前后表面反射的兩列光疊加�？吹侥ど铣霈F明暗相間的條紋。

(1)透鏡增透膜(氟化鎂)：透鏡增透膜的厚度應是透射光在薄膜中波長的1／4倍。使薄膜前后兩面的反射光的光程差為半個波長，(ΔT=2d=λ，得d=λ)，故反射光疊加后減弱。大大減少了光的反射損失，增強了透射光的強度，這種薄膜叫增透膜。光譜中央部分的綠光對人的視覺最敏感，通過時完全抵消，邊緣的紅、紫光沒有顯著削弱。所有增透膜的光學鏡頭呈現淡紫色。從能量的角度分析E入=E反+E透+E吸。在介質膜吸收能量不變的前提下，若E反=0，則E透最大。增強透射光的強度。(2)“用干涉法檢查平面”：如圖所示，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凸起來，則對應明紋(或暗紋)提前出現，如圖甲所示；如果某處凹下，則對應條紋延后出現，如圖乙所示。(注：“提前”與“延后”不是指在時間上，而是指由左向右的順序位置上。)

注意：由于發(fā)光物質的特殊性，任何獨立的兩列光疊加均不能產生干涉現象。只有采用特殊方法從同一光源分離出的兩列光疊加才

(∝λ)，能產生干涉現象。

4．光的波長、波速和頻率的關系v＝λf。光在不同介質中傳播時，其頻率f不變，其波長λ與光在介質中的波速v成正比．色光的顏色由頻率決定，頻率不變則色光的顏色也不變。二、光的衍射。

1.光的衍射現象是光離開直線路徑而繞到障礙物陰影里的現象．

單縫衍射：中央明而亮的條紋，兩側對稱排列強度減弱，間距變窄的條紋。圓孔衍射：明暗相間不等距的圓環(huán)，（與牛頓環(huán)有區(qū)別的）

2.泊松亮斑：當光照到不透光的極小圓板上時，在圓板的陰影中心出現的亮斑。當形成泊松亮斑時，圓板陰影的邊緣是模糊的，在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。

3.各種不同形狀的障礙物都能使光發(fā)生衍射。至使輪廓模糊不清，4.產生明顯衍射的條件：

障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小。(當障礙物或孔的尺寸小于0.5mm時，有明顯衍射現象)Δd≤300λ當Δd=0.1mm=1300λ時看到的衍射現象就很明顯了。

小結：光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結果，但存在明顯的區(qū)別：

單色光的衍射條紋與干涉條紋都是明暗相間分布，但衍射條紋中間亮紋最寬，兩側條紋逐漸變窄變暗，干涉條紋則是等間距，明暗亮度相同。白光的衍射條紋與干涉條紋都是彩色的。

意義：①干涉和衍射現象是波的特征：證明光具有波動性。λ大，干涉和衍射現明顯，越容易觀察到現象。

②衍射現象表明光沿直線傳播只是近似規(guī)律，當光波長比障礙物小得多和情況下(條件)光才可以看作直線傳播。(反之)③在發(fā)生明顯衍射的條件下，當窄縫變窄時，亮斑的范圍變大，條紋間距離變大，而亮度變暗。

光的直進是幾何光學的基礎，光的衍射現象并沒有完全否認光的直進，而是指出光的傳播規(guī)律受一定條件制約的，任何物理規(guī)律都受一定條件限制。(光學顯微鏡能放大201*倍，無法再放大，再放大衍射現象明顯了。)光振動垂(以下新教材適用)直于紙面三.光的偏振

橫波只沿某個特定方向振動，這種現象叫做波的偏振。只有橫波才有偏振現象。

根據波是否具有偏振現象來判斷波是否橫波，實驗表明，光具有偏振現象，說明光波是橫波。（1）自然光。太陽、電燈等普通光源直接發(fā)出的光，包含垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，

光振動而且沿各個方向振動的光波的強度都相同，這種光叫自然光。自然光通過偏振片后成形偏振光。

在紙面（2）偏振光。自然光通過偏振片后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定的方向振動，叫偏

振光。自然光射到兩種介質的界面上，如果光的入射方向合適，使反射和折射光之間的夾角恰好是90°，這時，反射光和折射光就都是偏振光，且它們的偏振方向互相垂直。我們通�？吹降慕^大多數光都是偏振光。除了直接從光源發(fā)出的光外。

偏振片(起偏器)由特定的材料制成，它上面有一個特殊方向(透振方向)只有振動方向和透振方向平行的光波才能通過偏振片。

（3）只有橫波才有偏振現象。光的偏振也證明了光是一種波，而且是橫波。各種電磁波中電場E的方向、磁場B的方向和電磁波的傳播方向之間，兩兩互相垂直。

（4）光波的感光作用和生理作用主要是由電場強度E引起的，因此將E的振動稱為光振動。（5）應用：立體電影、照相機的鏡頭、消除車燈的眩光等。四、麥克斯韋光的電磁說．

1、光的干涉與衍射充分地表明光是一種波，光的偏振現象又進一步表明光是橫波。

提出光電磁說的背景：麥克斯韋對電磁理論的研究預言了電磁波的存在，并得到電磁波傳播速度的理論值3.11108m/s，這和當時測出的光速3.15108m/s非常接近，在此基礎上

⑴麥克斯韋提出了光在本質上是一種電磁波這就是所謂的光的電磁說。

光電磁說的依據：赫茲在電磁說提出20多年后，用實驗證實了電磁波的存在，測得電磁波的傳播速度確實等于光速，并測出其波長與頻率，并且證明了電磁波也能產生反射、折射、衍射、干涉、偏振等現象。用實驗證實了光的電磁說的正確性。

光電磁說的意義：揭示了光的電磁本性，光是一定頻率范圍內的電磁波；把光現象和電磁學統(tǒng)一起來，說明光與電和磁存在聯系。

說明了光能在真空中傳播的原因：電磁場本身就是物質，不需要別的介質來傳遞。

⑵電磁波譜：

按波長由大到小的順序排列為：無線電波、紅外線、可見光(七色)、紫外線、X射級、γ射線，除可見光外，相鄰波段間都有重疊。各種電磁波產生的基理、性質差別、用途。電磁波種類無線電波紅外線可見光紫外線倫琴射線γ射線頻率(Hz)104～310121012～3.910143.91014～7.510147.51014～5101631016～3102031019以上真空中波長(m)組成頻率波觀察方法各種電磁波的產生機理31014～1043104～7.7107.7107～44107～61079107波長：大小波動性：明顯不明顯頻率：小大粒子性：不明顯明顯無線電技術利用熱效應激發(fā)熒光利用貫穿本領照相底片感光（化學效應）LC電路中自由原子的外層電子受到激發(fā)電子的的振蕩108～10121011以下核技術原子的內層電子受到激發(fā)原子核受到激發(fā)特性用途波動性強通訊，廣播，導航熱效應加熱烘干、遙測遙感，醫(yī)療，導向等引起視覺照明，照相，加熱化學作用、熒光效應、殺菌日光燈，黑光燈手術室殺菌消毒，治療皮膚病等貫穿作用強貫穿本領最強檢查探測，透視，探測，治療等治療等①從無線電波到γ射線，都是本質上相同的電磁波，它們的行服從同的波動規(guī)律。②由于頻率和波長不同，又表現出不同的特性：波長大(頻率小)干涉、衍射明顯，波動性強。現在能在晶體上觀察到γ射線的衍射圖樣了。

③除了可同光外，上述相鄰的電磁波的頻率并不絕對分開，但頻率、波長的排列有規(guī)律。(3)紅外線、紫外線、X射線的性質及應用。種類產生主要性質應用舉例紅外線一切物體都能發(fā)出熱效應遙感、遙控、加熱紫外線一切高溫物體能發(fā)出化學效應熒光、殺菌、合成VD2X射線陰極射線射到固體表面穿透能力強人體透視、金屬探傷⑷實驗證明：物體輻射出的電磁波中輻射最強的波長λm和物體溫度T之間滿足關系λmT=b（b為常數）。

可見高溫物體輻射出的電磁波頻率較高。在宇宙學中，可以根據接收到的恒星發(fā)出的光的頻率，分析其表面溫度。⑸可見光：頻率范圍是3.9-7.51014Hz，波長范圍是400-770nm。

五、光譜和光譜分析（可用光譜管和分光鏡觀察）由色散形成的，按頻率的順序排列而成的彩色光帶叫做光譜1．發(fā)射光譜(1)連續(xù)光譜：包含一切波長的光，由熾熱的固體、液體及高壓氣體發(fā)光產生；

(2)明線光譜：又叫原子光譜，只含原子的特征譜線．由稀薄氣體或金屬蒸氣發(fā)光產生。

2．吸收光譜：連續(xù)光通過某一物質被吸收一部分光后形成的光譜，能反映出原子的特征譜線．

每種元素都有自己的特征譜線，根據不同的特征譜線可確定物質的化學組成，光譜分析既可用明線光譜，也可用吸收光譜．六．.激光的主要特點及應用

(1)激光是人工產生的相干光，可應用于光纖通信。（普通光源發(fā)出的光是混合光，激光頻率單一，相干性能好非常好，顏色特別純。）(2)平行度和方向性非常好。（應用于激光測距雷達，可精確測距(s=ct/2)、測速、目標跟蹤、激光光盤、激光致熱切割、激光核驟變等。）

(3)亮度高、能量大，應用于切割各種物質、打孔和焊接金屬。醫(yī)學上用激光作“光刀”來做外科手術。七．注意問題

1．知道反映光具有波動性的實驗及有關理論．

2．光的干涉只要求定性掌握，要能區(qū)分光的干涉和衍射現象：凡是光通單孔、單縫或多孔．多縫所產生的現象都屬于衍射現象，只有通過雙孔、雙縫、雙面所產生的現象才屬于干涉現象；干涉條紋和衍射條紋雖然都是根據波的疊加原理產生的，但兩種條紋有如下區(qū)別（以明暗相同的條紋為例）：干涉紋間距相等，亮條紋亮度相同．衍射條紋，中央具有寬而明亮的亮條紋，兩側對稱地排列著一系列強度較弱．較窄的亮條紋．

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